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近日，制造科学与工程学院制造过程测试技术教育部重点实验室微纳仿生系统与智能化团队研究论文“A droplet-driven micro-surfboard with dual gradients for programmable motion”在工程技术类国际TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一区，2021即时IF：16.370）上在线发表。我院机械工程2019级硕士研究生代如原为论文第一作者，机械工程学科李国强教授和中南大学银恺教授为论文共同通讯作者。
自驱动致动器是一种将特定的外部刺激转化为自身机械运动的微型器件，因其结构尺度小、运动灵活、推力重量比大、功耗低等特点，微型自驱动致动器在靶向给药、污水净化、货物运输、微机械和智能系统等领域具有广阔的应用前景。目前自驱动致动器的运动主要借助外部能源或化学试剂来实现，主要集中于光驱动、热驱动、磁驱动和化学驱动等。然而，借助外部能源的自驱动装置存在能量转换率低等问题，依靠化学试剂实现驱动的自驱动装置，因化学试剂的毒性易造成环境污染。突破传统自驱动致动器驱动源的限制，开发设计一种不需要外部能源或化学试剂，实现多种灵活运动且运动可控的致动器，在自驱动装置领域具有重要的研究价值和意义。
针对目前自驱动装置的外部驱动源在节能环保方面的问题，受水黾身体特性及运动特性的启发，该研究利用飞秒激光微纳制造技术制备了一种具有结构/润湿性双梯度的液滴驱动微型马达（DDMS）实现了自推进装置的绿色可控驱动。DDMS由带有超亲水楔形槽的超疏水铝板组成，在结构/润湿性双梯度力协同作用下，仅需一滴水即可实现直线运动，运动距离超过70 mm，运动速度高达60 mm/s。通过优化超亲水楔形槽的数量和形状，DDMS还可以实现更为复杂的曲线运动、连续运动和旋转运动，极大地丰富了自推进装置的运动模式。与传统自驱动马达相比，DDMS利用更节能环保的水滴作为驱动源实现了多种灵活可控的运动。本研究将前沿的仿生设计理念与微纳精密制造技术相结合，开发了一种绿色节能的微型装置，为自推进装置的驱动提供了新思路和新方法，对我国微机械与智能化系统、生物医学、污水净化、清除杂质等行业的可持续发展具有重要的研究价值。同时，符合我国绿色低碳引领节能环保产业发展的要求，是一项对未来发展绿色可持续自驱动微型装置具有战略性、前瞻性的基础研究。
微纳仿生系统与智能化团队成立于2017年，团队秉持“严谨、高效、卓越、创新”的科研精神，坚持以“认同理念、服从管理”为基本原则，实行“科学、协作、卓越”的运作和管理机制。自成立以来，该团队一直致力于超快激光微纳精密制造和超精密3D/4D打印技术的基础研究与应用研究，旨在开发微纳功能结构、芯片、器件及集成系统，为能源、环境、健康等重点领域服务。近年来，该团队报道了一系列高水平澳门新莆京app官网下载，主要包括：水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020， 2005039），跨气-液界面微油滴高效精准操控（Adv. Funct. Mater. 2022, 2201035），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301-9309; ACS Nano 2022, 16, 2730-2740），激光3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 5630; Nano-Micro Lett., 2022, 14:97），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J. 2020, 125139; Chem. Eng. J. 2021, 129113），用于微样分析的仿生微滴操控器研究（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741-14751）等40余篇。这些具有前瞻性和创造性的澳门新莆京app官网下载在引领机械工程领域前沿发展方向、鼓励基础理论创新、发现和培养高质量人才等方面发挥了重要的导向作用。